This paper describes the operational analysis results of the bipolar DC distribution system coupled with the distributed generators. The energy management for AC/DC power trade and the operational principle of distributed generators and energy storages were first analyzed by computer simulation with PSCAD/EMTDC software. After then a hardware simulator for the bipolar DC distribution system was built, which is composed of the grid-tied three-level inverter, battery storage, super-capacitor storage, and the voltage balancer. Various experiments with the hardware simulator were carried out to verify the operation of bipolar DC distribution system. The developed simulator has an upper-level controller which operates in connection with the controllers for each distributed generator and the battery energy storage based on CAN communication. The developed hardware simulator are possible to use in designing the bipolar DC distribution system and analyzing its performance experimentally.
Electric Vehicles(EVs) and Plug-in Hybrid Electric Vehicles(PHEVs) which have the grid connection capability, represent an important power system issue of charging demands. Analyzing impacts EVs charging demands of the power system such as increased peak demands, developed by means of modeling a stochastic distribution of charging and a demand dispatch calculation. Optimization processes proposed to determine optimal demand distribution portions so that charging costs and demand can possibly be managed. In order to solve the problems due to increasing charging demand at the peak time, alternative electricity rate such as Time-of-Use(TOU) rate has been in effect since last year. The TOU rate would in practice change the tendencies of charging time at the peak time. Nevertheless, since it focus only minimizing costs of charging from owners of the EVs, loads would be concentrated at times which have a lowest charging rate and would form a new peak load. The purpose of this paper is that to suggest a scenario of load leveling for a power system operator side. In case study results, the vehicles as regular load with time constraints, battery charging patterns and changed daily demand in the charging areas are investigated and optimization results are analyzed regarding cost and operation aspects by determining optimal demand distribution portions.
In this paper, a new power control strategy for the bipolar-type low voltage direct current (LVDC) distribution system is being proposed. The dc distribution system is considered as an innovative system according to the increase of dc loads and dc output type distribution energy resources (DERs) such as photovoltaic (PV) systems and energy storage systems (ESS). Since the dc distribution system has many advantages such as feasible connection of DERs, reduction of conversion losses between dc output sources and loads, no reactive power issues, it is very suitable solution for new type buildings and residences interfaced with DERs and ESSs. In the bipolar-type, if it has each grid-interfaced converter, both sides (upper, lower-side) can be operated individually or collectively. A complementary power control strategy using two ESSs in both sides for effective and reliable operation is proposed in this paper. Detailed power control methods of the host controller and local controllers are described. To verify the performances of the proposed control strategy, simulation analysis using PSCAD/EMTDC is being performed where the results show that the proposed strategy provides efficient operations and can be applied to the bipolar-type dc distribution system.
전기가 부족한 개발도상국 같은 많은 나라에서는 Off Grid 형태의 소형풍력발전이 전력공급 문제를 해결하기 위한 효율적인 핵심 솔루션이다. 몇몇 국가에서는 전력계통의 확장과 전기가 부족한 지역의 감소로 소규모 풍력을 도시의 도로 조명, 모바일 통신 기지국, 양식업 및 해수 담수 등의 분야에 이용하기도 한다. 이런 변화에 따라 소형 풍력 산업 규모는 대규모 풍력보다 큰 잠재력이 기대되고 있다. 소형 풍력발전의 경우 발전기는 가변 속도로 제어되는 특성이 있으며 발전기에서 발생하는 전압 및 전류에는 많은 고조파 성분을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해서 본 논문에서는 소형 풍력발전시스템의 직류전원 적용을 위한 운전제어 및 AC/DC 변환 통합장치를 제안하며 기존 AC to DC 컨버터는 단일 스위치를 갖는 3상 승압형 방식의 컨버터로서 인덕터 전류가 불연속모드로 제어되며, 입력전류의 고조파를 제거하여 단위역률을 갖는 특성을 갖는다. 제안된 컨버터는 입력단에 LCL 필터 및 3상 정류 승압형 컨버터, 계통연계를 위한 단상 풀브릿지 형태로 구성되어 있으며 에너지저장시스템(ESS) 기능이 부가된 제어 시스템으로 풍력발전을 이동 평준화 방식에 의해 급변하는 전력에 대해 계통 안정화를 추구할 수 있다.
This paper proposes a novel simulation method of WPGS (Wind Power Generation System). The rotation speed control method of turbine under variable wind speed using the pitch control is proposed. Moreover, when wind speed exceeds the cut-out wind speed, the turbine will be stopped by controlling pitch angle to 90$^{\circ}$, otherwise it will be controlled to steady-state operation. For the purpose of effective simulation, the SWRW (Simulation method for WPGS using Real Weather condition) is used for the utility interactive WPGS simulation in this paper, in which those of three topics for the WPGS simulation: user-friendly method, applicability to grid-connection and the utilization of the real weather conditions, are satisfied. It is impossible to consider the real weather conditions in the WPGS simulation using the EMTP type of simulators and PSPICE, etc. External parameter of the real weather conditions is necessary to ensure the simulation accuracy. The simulation of the WPGS using the real weather conditions including components modeling of wind turbine system is achieved by introducing the interface method of a non-linear external parameter and FORTRAN using PSCAD/EMTDC in this paper. The simulation of long-term, short-term, over cut-out and under cut-out wind speeds will be peformed by the proposed simulation method effectively. The efficiency of wind power generator, power converter and flow of energy are analyzed by wind speed of the long-term simulation. The generator output and current supplied into utility can be obtained by the short-term simulation. Finally, transient-state of the WPGS can be analyzed by the simulation results of over cut-out and under cut-out wind speeds, respectively.
In this paper, the test bed using three-phase PWM converter connected with single phase inverter in series is set up to configure an active AC electric load. Since the two topologies, three-phase PWM converter and single-phase inverter, can be operated bidirectionally, the system not only re-generates surplus power to grid but also prevents power dissipation. However, the construction of system has a drawback. That is, ripple components two times of inverter operation frequency occur at DC-Link due to cascade connection, it can be cause of three phase unbalance Since the operational characteristic of the active AC electric load, the power frequency entered into the electric load can be varied, and the ripple of DC-Link is changed as well. In this paper, the three-phase PWM converter using a variable notch filter is proposed, and the reduction of three-phase current unbalance is presented. the validity of the proposed PWM converter using a variable notch filter is verified by the simulation and experimental results.
In recent years, floating offshore wind turbines have attracted more attention as a new renewable energy resource while bottom-fixed offshore wind turbines reach their limit of water depth. Various projects have been proposed with the rapid increase in installed floating wind power capacity, but the economic aspect remains as a biggest issue. To figure out sensible approaches for saving costs, a comparison analysis of the levelized cost of electricity (LCOE) between floating and bottom-fixed offshore wind turbines was carried out. The LCOE was reviewed from a social perspective and a cost breakdown and a literature review analysis were used to itemize the costs into its various components in each level of power plant and system integration. The results show that the highest proportion in capital expenditure of a floating offshore wind turbine results in the substructure part, which is the main difference from a bottom-fixed wind turbine. A floating offshore wind turbine was found to have several advantages over a bottom-fixed wind turbine. Although a similarity in operation and maintenance cost structure is revealed, a floating wind turbine still has the benefit of being able to be maintained at a seaport. After emphasizing the cost-reduction advantages of a floating wind turbine, its LCOE outlook is provided to give a brief overview in the following years. Finally, some estimated cost drivers, such as economics of scale, wind turbine rating, a floater with mooring system, and grid connection cost, are outlined as proposals for floating wind LCOE reduction.
전력시스템의 신뢰성을 보장하며 분산전원의 수용성을 높이기 위해 IEEE 1547과 같은 표준을 개정하여 분산전원의 계통 연계기준을 강화하고 있다. 본 논문은 이러한 표준을 준수하는 IEEE 1547-2018 기반의 스마트 인버터 기능의 제어 알고리즘을 제안하고, 스마트 인버터 기술의 검증을 위해 구축한 Power HILS 기반의 테스트 플랫폼을 소개한다. 스마트 인버터 기능 중 Volt-var 제어와 Frequency-watt 제어 알고리즘은 상호운용성 표준을 준수하도록 해당 기능의 curve를 상위로부터 설정할 수 있도록 하며, 각 기능의 Enable 신호 시점을 상위 지령에 따라 제어할 수 있도록 하였다. 표준에 따라 Power HILS 테스트 플랫폼을 통해 Volt-var 제어와 Frequency-watt 제어에 대한 형식시험을 수행하였고, 명시된 표준 형식시험을 전부 만족함을 측정 결과를 통해 검증하였다.
새로운 발전설비의 건설부지 확보의 어려움을 극복하고 친환경적인 에너지시스템으로 분산형 초소형 가스터빈이 주목받고 있다. 분산형 초소형 가스터빈 발전시스템은 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 첫째는 친환경성으로서 NOx < 9 ppm, 소음 < 65 dB, 둘째는 다양한 연료를 사용할 수 있으며 천연가스 뿐만 아니라, 디젤, 저발열량 신재생에너지원료, 등유이다. 셋째는 작은 면적대비 높은 출력을 얻을 수 있고 컴팩트한 건설이 가능하다. 1998년부터 미국에서 개발되어 캘리포니아 및 일본등에서 활발히 적용되고 있다. 기존의 대용량 발전시스템이 주로 바닷가 근처에 건설되었다면 본 시스템은 수요자 인근에 설치되어 열과 전기를 동시에 공급하고 있으며 다양한 적용처에 에너지를 공급한다. 최근들어 국내에서는 신재생에너지의 개발, 보급이 아주 중요한 이슈로 떠오르고 있는 가운데, 이러한 소형 분산전원의 적용성이 많이 요구되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 분산형 가스터빈의 최적 현장 적용을 위하여 필수적인 계통연계를 통한 병열운전 모델링과 실증시험 및 평가과정을 분석하여 에너지 품질을 정립하고자 한다.
2017년을 시작으로 2020년 6월까지 총 29건의 화재사고가 발생하여 많은 재산피해가 보고되고 있으며, 전기적인 위해요인중의 하나인 공통모드 전압(CMV: common mode voltage)이 화재원인으로 추정되고 있다. 즉, ESS가 설치되어 있는 수용가의 연계용 변압기는 분산전원연계기준에 따라 Y-△결선방식을 채용해야 하지만, 일부 수용가들은 기존의 △-Y 결선방식을 적용하고 있으며, 실제 ESS 운용현장에서 배터리 측 절연레벨을 초과하는 CMV가 발생한 사례가 보고되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 실제 ESS가 운용되는 사이트에서 발생하는 CMV의 특성을 분석하고, 이를 검증하기 위하여 배전계통 상용해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 사용하여 AC전원부, PCS부, 배터리 부로 구성된 ESS 사이트의 모델링을 수행한다. 상기의 모델링을 바탕으로 시뮬레이션을 수행한 결과, 실제 측정 결과와 유사하게 PCS용 내부변압기 중성점의 접지방식에 따라 CMV의 특성이 크게 달라지고, 중성점이 접지된 경우 CMV의 값이 정격전압을 초과하여 배터리 측 절연레벨에 심각한 악영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 또한, PCS용 내부변압기의 중성점을 비접지로 운용한 경우, CMV가 크게 감소하여, 전기설비기준의 절연레벨을 만족하는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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